反滲透在垃圾滲濾液處理工程中的應(yīng)用
導(dǎo)讀:：反滲透分離技術(shù)能有效截留垃圾滲濾液中溶解態(tài)的有機(jī)和無機(jī)污染物, 在國內(nèi)外已廣泛用于滲濾液的處理工程中.湖南某垃圾場滲濾液處理工程利用反滲透進(jìn)行處理，日處理量200T/D，工程運(yùn)行實(shí)踐表明，該工藝處理效果好、運(yùn)行穩(wěn)定，出水各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889-2008)表2的排放濃度限值。
關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液，反滲透
近年來隨著城市生活垃圾填埋場的不斷建設(shè)，垃圾滲濾液的處理問題也日益凸顯出來，垃圾滲濾液對垃圾場周圍的水體環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，如何處理垃圾滲濾液成了一個需要迫切關(guān)心的問題。為了更好地控制垃圾滲濾液產(chǎn)生的影響，國家環(huán)保部于2008年4月頒布了《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16899-2008)，為滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求[1]，本文推薦采用反滲透處理的工藝進(jìn)行垃圾滲濾液的處理。
垃圾在堆放、填埋處理過程中,由于厭氧發(fā)酵、有機(jī)物分解、雨水沖淋及地下水的浸泡等原因,會產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物和水分,形成滲濾液,破壞周圍土壤的生態(tài)平衡,降低土壤活力,造成土壤或水源污染。垃圾滲濾液主要來自3個方面:①填埋場內(nèi)的自然降雨和徑流; ②垃圾自身的含水; ③在垃圾衛(wèi)生填埋后由于微生物的厭氧分解而產(chǎn)生的水 。垃圾滲濾液具有不同于一般城市污水的特點(diǎn):BOD5 和COD 濃度高、金屬含量較高、水質(zhì)水量變化大、氨氮含量較高、微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)等。滲濾液基本水質(zhì)特征見表1
表1 垃圾滲濾液基本水質(zhì)特征
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項(xiàng)目 |
垃圾填埋場滲濾液 |
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顏色 |
黃、黑灰色 |
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嗅 |
惡臭 |
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總殘?jiān)?/p> |
2356-35703 |
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COD |
189-54412 |
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BOD |
116-19000 |
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pH |
3.5-8.5 |
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NH3-N |
600-7400 |
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NO2-N |
0.59-19.26 |
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TP |
0.86-71.9 |
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Fe |
6.92-66.8 |
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Cu |
0.1-1.43 |
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Pb |
0.069-1.53 |
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Cd |
0-0.13 |
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Cr |
189-3263 |
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Zn |
0.2-3.48 |
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Ca |
200-300 |
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Hg |
0-0.032 |
注：收集北京、寧波、杭州、蘇州、成都、梧州、深圳等地垃圾填埋及垃圾焚燒產(chǎn)生的滲濾液數(shù)據(jù)總結(jié)，除顏色、嗅、pH值外，其他單位都為mg/L
目前國內(nèi)對垃圾滲濾液的處理一般是采用回灌法、物化法和生化法。循環(huán)回灌是一種非徹底的處理方法,而且處理能力有限,操作環(huán)境差,不適于年降水量大的南方,回灌后的滲濾液仍需要采用好氧生化及物化等后續(xù)處理才能向環(huán)境排放。物化法處理成本一般較高,不適于大水量垃圾滲濾液的處理。生物處理法包括厭氧生物處理、好氧生物處理和兩者相結(jié)合的方法,但實(shí)際運(yùn)行中,生物菌常無法適應(yīng)垃圾滲濾液水量、水質(zhì)和COD劇烈的變化,經(jīng)常發(fā)生生物菌被抑制甚至死亡的現(xiàn)象。當(dāng)菌種一旦被破壞,重新恢復(fù)將需要時間,在實(shí)踐中無法達(dá)到處理的目的。并且由于處理要求相應(yīng)提高,生物處理無法達(dá)到處理要求。隨著膜技術(shù)的發(fā)展與推廣,反滲透已經(jīng)成為處理垃圾滲濾液的主要方法,這是由于反滲透具有高效的截留污水中溶解態(tài)的無機(jī)和有機(jī)污染物的特性。各國的研究者相繼把目光轉(zhuǎn)向了反滲透技術(shù),對用反滲透技術(shù)處理滲濾液的可行性進(jìn)行了一系列的驗(yàn)證[2]。
1 反滲透分離技術(shù)
早在1977年，Chian[3]就提出將反滲透運(yùn)用到垃圾滲濾液處理中，以降低凈化出水的COD,Glbert等[4]采用反滲透裝置處理垃圾滲濾液，對COD和NH3-N的去除率分別達(dá)到97 %和99.6 %.Hurt[5]等采用低壓聚酰胺反滲透膜處理TrailRoad垃圾填埋場滲濾液，在操作壓力大于1.03MPa時，膜通量為26-54l/m2.h,對TOC和NH3-N的去除率分別大于96 %和88 %，Angeloy[6]等用SW30-2521型卷式膜(陶氏公司)對意大利Pietramelina垃圾填埋場的滲濾液進(jìn)行中試，采用MF與處理去除懸浮物質(zhì)，用HCL調(diào)節(jié)pH為6，控制溫度28℃，試驗(yàn)表明，當(dāng)操作壓力從2.0MPa增至5.3MPa時，COD的去除率從96 %上升到98 %.此外COD對金屬去除率的影響和金屬離子的屬性有關(guān)，通過對Zn、Cu、Cd的過濾試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滲濾液經(jīng)反滲透膜處理后可有效去除污染物，從而得到凈化，出水回收約為80%，可直接排放，對環(huán)境無任何污染。
國內(nèi)近年來對反滲透處理垃圾滲濾液技術(shù)有所進(jìn)展，我國湖南大學(xué)的袁維芳[7]比較了8種型號的反滲透膜對廣州大田垃圾填埋場滲濾液的處理效果，試驗(yàn)證明，醋酸纖維素膜為最佳膜材料，該膜在保證產(chǎn)水達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)(COD<80mg/l, NH3-N<10mg/l, pH=6.9)的條件下，膜通量最大，在操作壓力為3.5MPa，膜通量為32-42l/m2.h，COD、NH3-N電導(dǎo)率，色度的去除率分別為96%以上，80%-95%、90%-95%、100%，出水水質(zhì)達(dá)到GB16889-1997生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)中一級排放限值的要求(也能達(dá)到新的《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889-2008的排放標(biāo)準(zhǔn)，廣州市興豐生活垃圾填埋場結(jié)合水質(zhì)特點(diǎn)，采用UASB、SBR、連續(xù)微濾(CMF)和反滲透(RO)組合處理滲濾液并回收利用。采用的卷式反滲透膜組件能有效去除有機(jī)和無機(jī)污染物，出水水質(zhì)符合《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T48-1999).斷面自鎖連接卷式反滲透膜組件在嚴(yán)重污染的進(jìn)水水質(zhì)條件下性能穩(wěn)定，具有很好的清洗恢復(fù)能力。
圖1 反滲透分離機(jī)理
2 反滲透膜分離技術(shù)在工程中運(yùn)用
(1)湖南某市垃圾衛(wèi)生填埋場，日處理垃圾500噸，日處理垃圾滲濾液200噸，垃圾滲濾液采用UBF+SBR+MBR+RO的工藝，出水要求達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889-2008表2標(biāo)準(zhǔn)。GB16889-2008標(biāo)準(zhǔn)一般地區(qū)出水要求見表2.
表2 GB16889-2008標(biāo)準(zhǔn)一般地區(qū)出水要求
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序號 |
控制污染物 |
進(jìn)水 |
出水 |
污染物排放監(jiān)控位置 |
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1 |
色度（稀釋倍數(shù)） |
1200 |
40 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
2 |
化學(xué)需氧量（CODCr）（mg/L） |
6000 |
100 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
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3 |
生化需氧量（BOD5）（mg/L） |
3000 |
30 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
4 |
懸浮物（mg/L） |
2000 |
30 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
5 |
總氮（mg/L） |
1500 |
40 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
6 |
氨氮（mg/L） |
500 |
25 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
7 |
總磷（mg/L） |
15 |
3 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
8 |
糞大腸菌群數(shù)（個/L） |
240000 |
10000 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
9 |
總汞（mg/L） |
0.016 |
0.001 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
10 |
總鎘（mg/L） |
0.4 |
0.01 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
11 |
總鉻（mg/L） |
0.16 |
0.1 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
12 |
六價鉻（mg/L） |
0.02 |
0.05 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
13 |
總砷（mg/L） |
0.01 |
0.1 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
|
14 |
總鉛（mg/L） |
0.40 |
0.1 |
常規(guī)污水處理設(shè)施排放口 |
(2)主要構(gòu)筑物、設(shè)備及其參數(shù)
設(shè)計(jì)綜合處理車間一座，按功能分割為膜處理車間、控制室、低壓配電間、藥劑間等。膜處理車間在綜合處理車間內(nèi)。
土建條件(綜合處理車間)
平面尺寸 20m×18m
車間凈高 5m
主要設(shè)備
|
①.反滲透進(jìn)水泵 |
數(shù)量：1臺 |
|
廠商品牌： |
格蘭富 |
|
型號： |
CRN立式離心泵 |
|
流量： |
16m3/h |
|
揚(yáng)程： |
8m |
|
材質(zhì)： |
不銹鋼 |
|
電機(jī)： |
功率Pn：2.2kW 2.2kW 電壓/頻率Un/Hz： 380V/50 保護(hù)等級IP： 55 |
|
②.反滲透高壓泵 |
數(shù)量：1臺 |
|
廠商品牌： |
格蘭富 |
|
型號： |
CRN立式離心泵 |
|
流量： |
32m3/h |
|
揚(yáng)程： |
160m |
|
材質(zhì)： |
不銹鋼 |
|
電機(jī)： |
功率Pn：22kW 2.2kW 電壓/頻率Un/Hz： 380V/50 保護(hù)等級IP： 55 |
|
③. 保安過濾器 |
數(shù)量：1臺 |
|
廠商品牌： |
HAYWARD |
|
規(guī)格： |
Ф250×1000mm |
|
流量： |
25m3/h |
|
材質(zhì)： |
不銹鋼 |
|
④. CIP清洗系統(tǒng) |
數(shù)量：1套 |
|
廠商品牌： |
國產(chǎn) |
|
規(guī)格： |
V=1.0m3 |
|
清洗泵： |
0.55KW |
|
材質(zhì)： |
PE |
反滲透前設(shè)置UBF,SBR,MBR.MBR采用的是德國BERGHOF外置式管式超濾膜，RO采用的是美國DOW卷式反滲透膜。反滲透的工藝參數(shù)見下表3
表3 反滲透的工藝參數(shù)
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項(xiàng)目 |
主要參數(shù) |
|
反滲透類型 |
卷式膜 |
|
進(jìn)水流量Qh |
Qh =8.3m3 / hr |
|
清液采率η |
η=70% |
|
設(shè)計(jì)過濾通量JRO |
JRO = 14 l/ h*m2(產(chǎn)品參數(shù)) |
|
單位膜元件面積Sa,RO |
Sa,RO = 30m2(產(chǎn)品參數(shù)) |
|
膜元件數(shù)nRO |
nRO=12 |
|
系統(tǒng)操作壓力 |
3-5Mpa |
(3)運(yùn)行結(jié)果
滲濾液處理站于2006.5完工并投入試運(yùn)行，經(jīng)過三個月的調(diào)試，運(yùn)行PH=6.5左右，操作壓力1-1.5MPa,清液流量保持在120L/min,處理出水水質(zhì)達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889-2008表2極限值標(biāo)準(zhǔn)。對COD、BOD5、NH3-N、SS去除率分別達(dá)到98.2%、98.8%、98%、98.5%.調(diào)試期間水質(zhì)情況見表4.
表4 調(diào)試期間水質(zhì)情況
|
項(xiàng)目 |
COD（mg/L） |
BOD5(mg/L） |
NH3-N(mg/L） |
SS( mg/L） |
電導(dǎo)率(μS/cm) |
|
原水 |
4760 |
1840 |
835 |
690 |
14540 |
|
MBR出水 |
265 |
121 |
54 |
50 |
1550 |
|
RO出水 |
84 |
21 |
16 |
10 |
56 |
|
去除率 |
98.2% |
98.8% |
98% |
98.5% |
99.6% |
(4)運(yùn)行成本分析
本套處理系統(tǒng)滲濾液日處理調(diào)節(jié)池滲濾液量200 m/d，清水量150 m/d，年處理滲濾液量73000 m/a，年運(yùn)行費(fèi)用163.5萬元，運(yùn)行單價為22.38y/t。系統(tǒng)的運(yùn)行成本分析見表5.
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序號 |
名稱 |
年費(fèi)用/萬元 |
運(yùn)行費(fèi)用/ y/t |
|
1 |
電費(fèi) |
81 |
11.09 |
|
2 |
藥劑費(fèi) |
25 |
3.42 |
|
3 |
膜更換費(fèi) |
35 |
4.79 |
|
4 |
保養(yǎng)維護(hù)費(fèi) |
10 |
1.37 |
|
5 |
水費(fèi) |
0.5 |
0.07 |
|
6 |
人工費(fèi) |
12 |
1.64 |
|
7 |
合計(jì) |
163.5 |
22.38 |
以上可以看出，該組合工藝具有出水穩(wěn)定、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。2006年5月進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試。結(jié)果表明，在碳源充足條件下，出水COD<100 mg/L、氨氮<25mg/L，完全排放標(biāo)準(zhǔn)，其他指標(biāo)也滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。
3 結(jié)論
采用RO處理填埋場滲濾液，工程運(yùn)行實(shí)踐表明，該工藝具有處理效果好、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)出水水質(zhì)達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)中一般地區(qū)滲濾液出水水質(zhì)要求。符合“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的要求，具有一定的推廣價值[8]。
參考文獻(xiàn)：
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[6].AngeloC,Rolando R,Nicola V.Treatment of Landfill Leachate by Reverse Osmosis[J]. WaterResearch,1999.33(3) 647-652.
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[8]閔海華,杜昱,劉淑玲，李元寧，王琦.MBR/RO工藝處理垃圾滲濾液[J]. 中國給水排水,2010, 26( 4).
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